熱帯海洋地球大気プログラム

熱帯海洋全球大気プログラム( TOGA ) は、世界気候研究計画(WCRP)による 10 年間 (1985 ～ 1994 年) の研究であり、特に数か月から数年の時間スケールでの気候現象の予測を目的としていました。

TOGA は熱帯海洋と地球大気との関係に重点を置いています。TOGA の根底にある前提は、熱帯の海洋の動的調整は高緯度よりもはるかに速いというものです。したがって、西太平洋から発生する擾乱(エルニーニョなど) は、高緯度では流域全体に伝播するのに数年かかるのに対し、数週間という時間スケールで流域全体に伝播する可能性があります。

赤道付近のより短い動的時間スケールの重要性は、それが高エネルギーの大気モードのものと類似していることです。この類似性により、海洋と大気の間に結合モードが形成されます。TOGA は、赤道太平洋の包括的な観測システムの開発に役立ち、ENSO 予測、データ同化、および大気と海の相互作用の理解のための重要な基礎を築きました。

TOGA プログラムの起源は 1920 年代に遡り、南方振動として知られるようになった現象に関する研究を行ったギルバート・ウォーカー卿に遡ります。南方振動とは、太平洋全域にわたる気圧の異常が明らかに関連しており、気象パターンの大きな要因となっていると考えられていました。 ^[1] この研究は1960 年代にジェイコブ・ビャークネスによってさらに進められ、ペルー沖の通常は冷たい海水が冬季に異常に温暖化するエルニーニョ現象と南方振動との関連が確固たるものになりました。^[2]

エルニーニョと南方振動の複合現象（ENSO）は、季節的な気候変動の大きな要因であり、人間と経済の両方に影響を及ぼしていることが判明しました。これらの関連現象の研究は、ENSO現象の前兆となる可能性のある赤道ケルビン波の発見を含む、さまざまな観測とモデリング研究を通じて1970年代から1980年代まで継続されました。 ^[3]

これを念頭に、世界気候研究計画は熱帯海域における海洋と大気の相互作用を理解することを目的とした10年間の研究計画を開始しました。このプログラムの目標は、1982年から1983年にかけて、当時史上最強だった大規模なエルニーニョ現象が事前の予測や検知なしに発生したときに固まりました。^[4] この特に強力な現象は、干ばつ、洪水、猛暑、激しい嵐によって中断されました。^[5] これらの出来事により、ENSOのより優れた予測メカニズムと、予測をサポートする信頼性の高いリアルタイムデータの必要性が明確に定義されました。

TOGAは1985年に、熱帯の3つの海域すべてにおける海洋と大気の変動を研究する目的で立ち上げられました。米国の焦点は太平洋海域にあり、資金は米国海洋大気庁（NOAA）、米国科学財団（NSF）、米国航空宇宙局（NASA）から提供されました。TOGAの具体的な目標と科学的目的は次の通りです。^[6]

• 熱帯海洋と地球大気を時間依存システムとして記述し、数か月から数年の時間スケールでシステムがどの程度予測可能であるかを判断し、その予測可能性の根底にあるメカニズムとプロセスを理解すること。
• 数か月から数年の時間スケールで変動を予測する目的で海洋大気結合システムをモデル化することの実現可能性を研究する。
• 海洋大気結合モデルによってこの機能が実証された場合、運用予測のための観測およびデータ伝送システムを設計するための科学的背景を提供します。

TOGA の目標を達成するために、一連の国内、多国籍、国際的な取り組みを通じて、大規模かつ長期的な海洋上層部と大気の監視、集中的かつ非常に具体的なプロセス指向の研究、およびモデリングの戦略が計画され、実施されました。モデリング活動は、TOGA 数値実験グループ (TOGA NEG) によって調整されました。

TOGA プログラムは、ENSO 温暖サイクルの研究と予測を支援するための高度な海洋観測システムを確立しました。機会船や内陸潮位計などの従来の方法が採用されましたが、最大の成果は熱帯大気海洋プロジェクト(TAO) アレイの展開でした。

TAOアレイはNOAAと太平洋海洋環境研究所（PMEL）の共同事業であり、太平洋赤道沿いに配置された70個の係留ブイで構成され、自律温度線取得システム（ATLAS）を使用してリアルタイムの風、海面温度、深海温度データを提供します。^[7]

このプログラムの科学者たちは、プログラムのために特別に作られたわけではないが、衛星から派生した多数の製品を利用した。最も重要なのは、海面温度を測定するNOAA高性能超高解像度放射計（AVHRR）、海面高度を測定する地形実験（TOPEX）/ポセイドン、風速測定のためのさまざまな防衛パッシブマイクロ波衛星である。^[8]

全体として、衛星データと現場データの両方をリアルタイムでアクセスできるように組み合わせることが、プログラムの成功に不可欠であることが証明されました。

1992 年から 1993 年にかけて、結合海洋大気研究実験 (TOGA-COARE) と呼ばれる特別なフィールド プロジェクトが実施されました。4 か月にわたるこの取り組みには、1,200 人の人員、16,000 時間を超える船舶航行、125 回の航空機飛行、12,000 個のラジオゾンデの放出が含まれていました。その主な目的は、特に以下の点について西太平洋温暖化プール地域を調査することでした。

• 海洋大気相互作用法
• 対流を組織化するメカニズム
• 浮力と風応力の複合的な影響に対する海洋の反応
• 他の地域に影響を及ぼす大気・海洋相互作用^[9]

TOGA-COARE 実験により、マッデン・ジュリアン振動や偏西風バーストなどの現象を含む季節間スケールの大気と海洋の変動に関する理解が深まりました。さらに、COARE プログラムは積雲、海洋混合、大気と海洋のフラックスに関するモデルのパラメータ化を改善しました。

TOGA プログラムは、貿易風の変化と海面温度の相互作用を含む ENSO サイクルの理論的理解を直接的に向上させました。さらに、ENSO イベントの進化、発達、および衰退を説明するのにも役立ちました。

TOGA の結果、統計的および動的の両方の季節予報モデルが開発されました。その改善により、1986 年に初めて ENSO の予測が成功し、プログラム終了前に年間予報が作成されました。

TOGA の影響は、純粋に科学的な発見だけにとどまらず、海洋学と気象学の分野での研究の進め方を変えました。TOGA プログラムは、海洋学者と気象学者の間に新たな協力関係を築き、オープン データ アクセスという新しい文化を育みました。各研究者が独自のデータを収集して使用するのではなく、データはリアルタイムですべての人に自由に利用可能になりました。

TOGAプログラムの最大の成功は、おそらく、歴史上最大のエルニーニョ現象の一つである1997年から1998年のエルニーニョ現象の予測と監視に成功したことである。TOGAプログラム中に確立された調査結果とデータ収集方法があってこそ、このような運用上の成功が可能になったのである。^[10]

• ENSO
• 世界気候研究計画
• アントニオ・ブサラッキ・ジュニア

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